路易斯酸催化玉米芯水解制取糠醛的研究.pdf

1、隨著時代的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對化石能源的依賴程度越來越高，長此以往，化石能源是一種非可再生能源，終將枯竭。生物質(zhì)能作為一種新的可再生能源，具有代替化石能源的潛質(zhì)，它的利用越來越受到廣大研究者的關(guān)注?？啡┦怯缮镔|(zhì)中的大分子多糖半纖維素水解得到的，目前被廣泛應(yīng)用于食品、農(nóng)藥、醫(yī)藥、橡膠和石油精煉等領(lǐng)域，糠醛既可以直接用作液體燃料，也可以用作中間體生產(chǎn)其他產(chǎn)品，形成生物質(zhì)基平臺化合物產(chǎn)業(yè)鏈。
　　本文針對糠醛在工業(yè)生產(chǎn)中，稀硫酸作

2、催化劑時，毒性大、回收困難、污染嚴重等問題，選取多種溫和的路易斯酸作催化劑，以玉米芯原料為研究對象，探討了催化劑種類、催化劑濃度、液固比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間對玉米芯水解制取糠醛的影響。
　　通過單因素考察實驗表明:糠醛的收率隨著催化劑濃度的升高而逐漸增大，隨著液固比的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，隨著反應(yīng)溫度的升高因催化劑的種類而異，有的逐漸升高，有的先升高后降低，隨著反應(yīng)時間的延長呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。從糠醛的收率可以看出，Al

3、NH4(SO4)2作催化劑時，對玉米芯水解制取糠醛的選擇性較好，當(dāng)條件為催化劑濃度（質(zhì)量分數(shù)）10％，液固比(V/M)10∶1，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時間90min時，制取糠醛的效果最佳，糠醛的收率可達到45.74％。
　　以ANH4(SO4)2作催化劑，采用響應(yīng)面法分析催化劑濃度(0～10％)、液固比(5∶1～15∶1)、反應(yīng)溫度（150～190℃）、反應(yīng)時間(30～150min)等因素以及各因素之間的交互作用對糠醛收率的影響，

4、建立數(shù)學(xué)模型分析可知，各因素之間的影響順序為反應(yīng)溫度大于反應(yīng)時間大于催化劑的濃度大于液固比，各因素之間的交互作用不明顯，但是反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度交互作用、反應(yīng)時間和催化劑濃度交互作用時對糠醛的收率有一定影響，通過響應(yīng)面優(yōu)化水解玉米芯制取糠醛的條件可以得到A4(SO4)2作催化劑時，水解玉米芯制取糠醛的理想條件為催化劑濃度9.29％，液固比(V/M)7.14∶1，反應(yīng)溫度175.6℃，反應(yīng)時間80.19min，糠醛的收率達到峰值49.265

5、％。對水解后的玉米芯殘渣進行掃描電鏡分析其形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，水解后玉米芯結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則的片狀，與水解前規(guī)則玉米芯的致密結(jié)構(gòu)變化較大，可以推測半纖維素已經(jīng)水解。
　　本文對玉米芯水解制取糠醛的過程進行動力學(xué)分析，由阿倫尼烏斯方程和實驗數(shù)據(jù)擬合求取AINH4(SO4)2作催化劑時玉米芯水解制取糠醛、玉米芯中半纖維素水解獲得木糖和木糖脫水環(huán)化形成糠醛的動力學(xué)常數(shù)。當(dāng)反應(yīng)溫度在180℃時，玉米芯水解制取糠醛的反應(yīng)速率常數(shù)k為0.01174，表